清朝援軍，如江忠源部，非常有實戰經驗。他們到長沙後即搶據城東南的蔡公墳高地，佔據了有利地形，廣設營盤，深掘壕塹，使得太平軍不能圍城圍攻，只能在南城一隅屯結。而且，被圍清軍在援軍抵達後，逐漸反守為攻，多次主動出擊，燒毀了南門外不少太平軍以為遮蔽的民房，給予對方以極大殺傷。
向榮本人入城後，登上城東南最高的天心閣瞭望，然後指揮手下點放50門大炮向城下太平軍轟擊，轟死成百成百的頭裹紅巾的太平軍。此炮其實一直就有，但長沙當地兵將未用過，沒人敢放，一是他們不知如何使用，二是也怕巨炮炸膛。向榮手下兵將有經驗，填藥後連連施放，震耳欲聾之際，太平軍的陣地血霧紛紛騰起……
洪、楊二人及主力軍的到來，確實在短時間使長沙戰局出現某些改觀。士氣大振之下，太平軍生力軍立刻攻城，首要目標直抵城外戰略據點蔡公墳。清將和春、江忠源等人率軍力戰，受到兵鋒正銳的太平軍沉重打擊，被殺數百人，江忠源本人被飛矛刺穿腳踝，落馬幾乎喪命。太平軍雖小勝，但蔡公墳高地仍牢牢掌握在清軍手中。
見南城不易攻入，楊秀清指揮七八千精兵繞路直撲東門。這些太平軍繞道妙高峰，直撲瀏陽門外校場，分三路進攻。和春、江忠源等人攔擊，向榮從城內又發援兵，施槍放箭，迎面痛殺太平軍。
見不能敵，太平軍就由校場東首敗去，清軍緊追。此時，太平軍其實是假敗，他們有一種&ldo;伏地陣&rdo;戰術，即：&ldo;但遇官軍追剿，至山窮水阻之地，忽一旗偃，千旗齊偃，瞬息間萬人數千人皆帖伏於地，寂不聞聲。我軍（清軍）急追，忽見前面渺無一賊，無不詫異徘徊，疑神疑鬼。賊貼伏約半炊之頃，忽一旗立，千旗齊立。萬人數千人，風湧潮奔，呼聲雷吼，轉面急趨以撲我兵，一疑不釋，又增一疑，而益以一驚，其不轉勝為敗者鮮矣！&rdo;（《賊情彙纂》）但可巧的是，太平軍此次&ldo;伏地陣&rdo;用錯了地方，他們只知身後有追兵，不知前面還有迎面而來的清軍援軍。幾千太平軍剛剛趴下不動，正好讓自外而來的清軍當成不動的靶子。一陣槍炮猛轟，立時打死大片，近千人的太平軍登時成為鬼魂，餘眾逃歸大營。
喪敗之餘，洪秀全、楊秀清等人一合計，知道硬攻長沙不能成功，在挖地道堅持攻城的同時，派出石達開統兩千多人渡湘水西進，以分清軍兵勢。
此時，太平軍腹背受敵，師老城下，給養漸失，即使是想突破反包圍，也要扯開一個口子。湘水兩岸物產豐饒，北可至常德，南可達寶慶，自可有迂迴的餘地。清將也深知太平軍企圖，湖南巡撫張亮基與江忠源等人一直憂心忡忡，但時任統帥的賽尚阿本人在衡州，無人挑頭，張亮基與向榮等人關係不睦，不能統一調動各軍實現戰略意圖。
石達開天才幹將。10月17日，他率兵渡至湘水西岸，連築數壘，並收掠了陽湖晚稻為軍糧，太平軍軍心稍固。同時，石達開命人在戰略要地回龍潭築堡壘，在水面多置木排、炮船，搭起浮橋，把糧食源源不斷地送至長沙城下的太平軍大營內。
控制了湘水西岸，其實預示著太平軍從&ldo;反包圍&rdo;中逃出生天。即使長沙攻不下，他們自可安然而走，終將漫然不可複製。
鹹豐帝聞訊震驚，連下數道諭旨，指示當地的官將必須先嚴剿西岸的太平軍士兵。各處大員聞訊，立刻趕來會剿，連人在湘潭已被革職的&ldo;賽中堂&rdo;賽尚阿竟然也親自出馬，帶領三千當地團練來直接進攻石達開。身任欽差大臣一年多，賽中堂第一次真正臨敵。由於太平軍已經高築堡壘，清軍各部受挫。
清將向榮急紅眼，在10月31日親自統三千精兵，直攻湘江中間